رونمایی ناسا از نوع جدیدی از باتری‌های برپایه لیتیوم

باتری‌ها امروزه در بسیاری از وسایل الکترونیکی نقش مهمی دارند، اما ایمنی و پایداری کم آنها هنوز در صنعت خودروسازی و صنعت هواپیمایی به تکامل نهایی خود نرسیده است. با این وجود، علاقه به استفاده از باتری‌ها برای تامین انرژی سیستم های پیشرانه الکتریکی در هواپیماها هر روز درحال افزایش است.در این راستا “ناسا” پروژه مهمی کلید زده است.

"کاربرد

مرکز تحقیقات گلن ناسا در حال تحقیق و توسعه پروژه ای به نام SABERS (معماری باتری حالت جامد با قابلیت شارژدهی و ایمنی بیشتر)می باشد. هدف این پروژه، ساخت باتری‌هایی با انرژی بسیار بیشتر از باتری‌های لیتیوم یون مورد استفاده در وسایل الکترونیکی است. همچنین ایمنی بالا در برابر محیط‌های پر‌تنش هوایی و غیر قابل اشتعال بودن این نوع باتری‌ها بسیار مسئله حیاتی است. ویژگی برتر این باتری، معماری جدید باتری حالت جامدی است که باعث می شود تا نسبت به باتری‌های لیتیوم یون باریک تر و وزن کمتری داشته باشد و قابلیت شارژدهی بالاتری از خود نشان دهند. همچنین با جایگزینی الکترولیت جامد به جای الکترولیت‌های مایع باتری لیتیوم یون، ایمنی بیشتری به دست آید و مشتعل نشوند.

"مرکز

چرا باتری حالت جامد ؟

باتری حالت جامد با استفاده از ترکیب منحصر به فردی از عناصر گوگرد و سلنیوم ساخته شده تا ذخیره انرژی بهتری داشته باشد. ترکیب گوگرد و سلنیوم، نسبت انرژی به توان مناسبی را فراهم می‌کند . از این رو، با تغییر نسبت استوکیومتری گوگرد به سلنیوم می‌توان برای کاربرد‌های مختلف مورد استفاده قرار داد. کاتد این باتری از فناوری گرافن حفره‌ای (اختراع شده توسط ناسا) بهره می برد. این کاتد به عنوان یک داربست الکترود بسیار سبک و رسانا عمل خواهد کرد. الکترولیت نیز یک الکترولیت جامد غیر قابل اشتعال می‌باشد. آند باتری هم از لیتیوم فلزی ساخته شده است. پیکربندی این باتری از سلول‌های متراکم سری و پست سرهم تشکیل شده تا علاوه بر کاهش وزن کلی سلول، تعداد اتصالات خنک کننده سلول به حداقل برسد.

یک مزیت استفاده از گوگرد در این باتری این است که به عنوان محصول جانبی صنایع تصفیه روغن محسوب می‌شود. در نتیجه می‌توان مواد زائد را به باتری مورد نظر در ساخت وسائل نقلیه دوست‌دار محیط زیست تبدیل نمود. گروه تحقیقاتی ناسا که از 2019 آغاز به‌کار کرده است، قصد دارد تا با انجام آزمایشات مختلف و تمرکز بر پنج فاکتور مهم در طراحی باتری (ایمنی، چگالی انرژی، نرخ دشارژ، بسته بندی باتری و مقیاس پذیری)، استاندارد جدیدی در زمینه امکان ساخت باتری‌های ایمن برای هواپیما‌های پیشرانه الکتریکی ایجاد کند. در صورت موفقیت، این نوآوری‌ها می‌تواند به ایجاد دوره جدیدی از ذخیره انرژی برای سفرهای هوایی آینده کمک نماید.

مقایسه باتری پروژه SABERS و سایر باتری ها

در شکل زیر محدوده‌های مورد نیاز برای دو زمینه ی هوایی و زمینی آورده شده است. در این شکل میزان براورده شدن ویژگی‌های مهم هر یک از تکنولوژی های موجود در جهان نشان داده شده است. در همین شکل ویژگی‌های مورد نیاز برای باتری‌های نوع SABERS ناسا نیز نشان داده شده است . (رنگ زرد در نمودار سمت راست) که دلالت بر قدرت بالا و عملکرد بی‌نظیر باتری خواهد داشت.

یکی از خصوصیت‌های مهم این باتری، محدوده‌ی دمای کاری 0 تا 150 درجه‌ی سانتیگراد است که در برخی کاربردها مانند کاربرد نظامی و کاربرد پروازی بسیار مناسب است. در دمای بالا پایداری مواد دچار مشکل خواهد شد و در دمای پایین، عملکرد باتری به دلیل تضعیف سرعت واکنش‌ها کاهش می‌یابد.

الکترولیت جامد به کار رفته ضخامتی در حدود 1 تا 10 میکرومتر دارد . هر چه ضخامت الکترولیت جامد کمتر باشد، حرکت یون‌های لیتیوم ساده‌تر خواهد بود. در مقاله‌ی منتسب به این باتری، انرژی به دست آمده به اندازه ی تقریبا 800Wh/kg بوده که انرژی بسیار بالایی نسبت به سایر باتری‌های موجود در بازار دارد. در کاتالوگ منتشر شده برای این باتری، انرژی 500Wh/kg نشان می‌دهد که در مقایسه با باتری‌های تجاری، به میزان بیش از دو برابر انرژی داشته است.

"مقایسه